Comprendre la régulation et l’’architecture centrale de la distribution d’’eau

Ces bases préalables étant posées, il est possible d’’organiser chacun de ces systèmes typiques autour d’’architectures de réseau d’’eau2_.

Dans cette partie, nous recherchons à analyser l’’architecture permettant d’’associer ou de dissocier la production de froid à celle de chaleur (architecture centrale). Dans la partie 1.4, nous examinerons l’’architecture des solutions techniques mises en œœuvre afin de transférer l’’énergie d’’un bout à l’’autre du circuit d’’eau indépendamment de l’’usage de la chaleur ou du froid (architecture locale).

1.3.1 Installation 2 tubes sans inversion

Dans ce type d’’installation, les unités terminales ne sont alimentées que par de l’’eau glacée. L’’air primaire fourni par une centrale de traitement de l’’air assure la fonction de chauffage. Il est également envisageable d’’ajouter localement un ensemble de radiateurs.

Une loi d’’air et une loi d’’eau peuvent être utilisées pour prendre en compte l’’effet de la température extérieure sur la charge thermique des locaux. Nous avons représenté schématiquement un exemple pour ces deux lois à la Figure 1-4.

Figure 1-4 Loi d’’eau et d’’air pour un système deux tubes sans inversion

La fonction de chauffage et de froid peut donc s’’effectuer simultanément si on ne calibre pas les deux thermostats, ou s’’il n’’existe pas de bande morte entre la consigne en chaud et en froid.

Une zone thermique peut être identifiée pour déterminer le moment où il n’’est plus nécessaire d’’utiliser la chaudière et le groupe de production d’’eau glacée. Ce moment peut être calculé pour éviter tout gaspillage énergétique. Nous reviendrons sur ce point au paragraphe 1.8.2.

1.3.2 Installation 2 tubes à inversion

Dans ce type d’’installation, les unités terminales sont soit alimentées par de l’’eau glacée, soit par de l’’eau chaude. L’’air primaire fourni par une centrale de traitement de l’’air assure la fonction de chauffage. Il est également envisageable d’’ajouter localement un ensemble de radiateurs.

2 _{Dans notre travail, nous n’’abordons pas la technologie 2 tubes / 2 fils}

Outside temperature -10°C 0°C

Temperature of primary air and

water 40°C 30°C 20°C 10°C 50°C 10°C 20°C 30°C 40°C AIR WATER

Caillet Julien Page 32 Mines de Paris

L’’installation d’’un système à 2 tubes à inversion suppose que l’’on soit dans un des cas suivants :

x Le système est un système à mélange (sans échangeur de chaleur)

x Le système sépare physiquement les deux circuits d’’eau, mais un échangeur est utilisé pour transférer la chaleur au circuit alimenté par l’’eau glacée pour la batterie de traitement de l’’air.

Pour un système à mélange, des vannes d’’inversion sont utilisées. Ainsi il peut y avoir circulation dans le secondaire aussi bien de l’’eau chaude que de l’’eau glacée provenant respectivement des 2 circuits primaires d’’eau. La Figure 1-5 présente un exemple pour ce type d’’architecture. Dans cet exemple, lorsque le mode froid est sélectionné, la pompe du réseau d’’eau chaude est éteinte, la vanne deux voies du réseau d’’eau chaude est fermée, la vanne d’’eau froide est complètement ouverte, et la vanne trois voies est positionnée pour obturer le réseau d’’eau chaude. Ces trois vannes sont les vannes d’’inversion de ce système.

Figure 1-5 Schéma de principe d’’un système à inversion à mélange

Pour un système à inversion à échangeur, il n’’y a pas mélange d’’eau entre les 2 circuits. La Figure 1-6 présente un exemple pour ce type d’’architecture. Pendant la saison estivale, la vanne trois voies du réseau d’’eau glacée est positionnée pour bipasser l’’échangeur du circuit d’’eau chaude, la pompe du réseau d’’eau chaude peut être arrêtée. Pendant la saison de chauffage, le positionnement de la vanne trois voies permet de bipasser le circuit primaire d’’eau glacée. La pompe du circuit secondaire doit rester en fonctionnement toute l’’année.

Figure 1-6 Schéma de principe d’’un système à deux tubes à inversion avec échangeur

Départ e.g. Retour e.g. Départ e.c. Retour e.c.

Batterie

Départ e.g. Retour e.g. Départ e.c. Retour e.c.

Batterie

Batterie

Départ e.g. Retour e.g.

Départ e.c. Retour e.c. Échangeur

Caillet Julien Page 33 Mines de Paris

Dans ces 2 cas, il est nécessaire de connaître la température d’’inversion pour chaque zone traitée (circuit secondaire). Le contrôle de la température d’’air et d’’eau inclut l’’utilisation d’’une plage de transition pour la saison intermédiaire (Figure 1-7). La température d’’inversion du système est ici primordiale car elle est intrinsèque à ce type d’’architecture. La loi d’’air et la loi d’’eau intègrent donc la connaissance de la température d’’inversion.

Figure 1-7 Exemple de loi d’’air et d’’’’eau pour un système 2 tubes à inversion

Une correction de la température de la boucle d’’eau chaude en fonction de la

température extérieure est également utilisée dans cet exemple.3

Une élévation progressive de la température de la boucle d’’eau froide pourrait être imaginée de manière analogue.

1.3.3 Systèmes à 3 tubes

Un système à trois tubes est constitué de deux tubes pour l’’arrivée de l’’eau chaude et de l’’eau froide et d’’un retour commun. Il y a donc un risque de mélange par manque d’’autorité des vannes. Ce système n’’est plus utilisé et ne devrait plus l’’être.

1.3.4 Systèmes à 4 tubes

Chaque échangeur, placé en CTA ou en unité terminale, est raccordé par des circuits séparés au réseau d’’eau chaude et au réseau d’’eau froide.

Pour les unités terminales à deux batteries, les distributions d’’eau chaude et d’’eau froide sont réglées centralement à des températures adaptées aux charges du moment : température d’’eau chaude en correspondance avec la température extérieure, température d’’eau froide fixe ou évolutive [Cyssau95].

L’’utilisateur peut donc chauffer ou refroidir quel que soit le moment de l’’année. Le contrôle de la température d’’eau chaude et d’’eau glacée se fait ainsi de manière indépendante (voir Figure 1-8). Cependant, pour ce type de système, il est donc envisageable de définir une saison de chauffage et de climatisation distincte et ce, sans altérer le confort des occupants. Nous reviendrons sur ce point au paragraphe 1.8.2.

Figure 1-8 Exemple de loi d’’air et d’’eau pour un système 4 tubes

3 _{Notons que la loi de la Figure 1-7 suppose un unique réseau pour la CTA et les unités terminales}

Eau Airprimaire Température extérieure Te m p ér at u re du fl u id e ca lo p o rt e u r Température d’’inversion Eauchaude Airprimaire Température extérieure Te m p é ra tu re du fl u id e ca lo p o rt e u r Température denon climatisation Température denon chauffage Eauglacée

Caillet Julien Page 34 Mines de Paris